Cách chọn kích thước và công suất máy biến áp phù hợp

Việc lựa chọn kích thước máy biến áp chính xác là một quyết định kỹ thuật nhằm cân bằng giữa nhu cầu tải, độ tin cậy, chi phí và mức tăng trưởng trong tương lai. Hướng dẫn này hướng dẫn bạn các khái niệm dễ hiểu, công thức chính xác, ví dụ thực tế và danh sách kiểm tra hữu ích để bạn có thể tự tin chỉ định kVA máy biến áp và xếp hạng phù hợp nhất cho hệ thống lắp đặt của mình.

Tại sao kích thước máy biến áp lại quan trọng

Máy biến áp được đánh giá quá nhỏ sẽ quá nóng, bảo vệ ngắt hoặc hỏng sớm. Quá khổ gây lãng phí vốn và làm giảm hiệu quả hoạt động. Kích thước phù hợp đảm bảo vận hành an toàn, có thể dự đoán được hành vi ngắn mạch và điều chỉnh điện áp có thể dự đoán được khi có tải.

khái niệm cốt lõi

• Xếp hạng máy biến áp được tính bằng kVA , không phải kW. Máy biến áp mang công suất biểu kiến; công suất thực phụ thuộc vào hệ số công suất (PF).

  
  

• Công thức dòng điện ba pha:

  
  

• Tải liên tục và không liên tục: tải liên tục (hoạt động hơn 3 giờ) có thể yêu cầu hệ số nhân dựa trên mã hoặc kích thước cao hơn.

• Động cơ khởi động và tải phi tuyến tính (bộ chỉnh lưu, UPS) có thể yêu cầu khởi động lớn hoặc tạo ra sóng hài - cả hai đều ảnh hưởng đến thiết kế và bảo vệ nhiệt.

Phương pháp từng bước để chọn kích thước máy biến áp

1. Tạo bản kiểm kê tải hoàn chỉnh

Liệt kê mọi tải điện: tên, công suất định mức (kW hoặc kVA), hệ số công suất (nếu biết), loại pha (một/ba), nhiệm vụ (liên tục/không liên tục) và đó là động cơ hay thiết bị phi tuyến tính (bộ chỉnh lưu/UPS/bộ sạc).

2. Chuyển đổi sang công suất biểu kiến ​​(kVA)

Đối với mỗi tải tính bằng kW:

Nếu tải đã có kVA thì sử dụng trực tiếp.

3. Áp dụng sự trùng hợp và đa dạng

Không phải tất cả các thiết bị đều chạy đồng thời. Đối với các nhóm tải (chiếu sáng, ổ cắm, động cơ nhỏ), hãy áp dụng hệ số phân tập bảo toàn dựa trên dữ liệu lịch sử hoặc thực tiễn kỹ thuật. Đối với các cài đặt quan trọng hoặc chưa xác định, giả định hoàn toàn trùng hợp trừ khi bạn có thể biện minh cho việc giảm phân tập.

4. Thêm phụ cấp

• An toàn/tăng trưởng trong tương lai: thường là 10–25% (dành riêng cho từng dự án).

• Hệ số tải liên tục: mã cục bộ thường yêu cầu kích thước tải liên tục ở mức 125% dòng định mức.

• Giảm công suất sóng hài (hệ số K): đối với các tải phi tuyến tính nặng, hãy chọn máy biến áp có hệ số K hoặc giảm công suất kVA.

5. Kiểm tra nhu cầu khởi động và tạm thời của động cơ

Quyết định cách xử lý khởi động động cơ:

• Tăng kVA máy biến áp để hấp thụ sự xâm nhập, hoặc

• Sử dụng bộ khởi động mềm, VFD (bộ truyền động tần số thay đổi) hoặc khởi động so le; hoặc

• Cung cấp máy biến áp chuyên dụng cho tải động cơ lớn.

6. Xác minh giới hạn điện

Sử dụng công thức dòng điện ba pha để xác nhận rằng dây dẫn, cầu dao và thiết bị đóng cắt có thể xử lý tải ở kVA và điện áp quy định.

7. Xem xét việc giảm thiểu và làm mát môi trường

Điều chỉnh xếp hạng cho nhiệt độ môi trường, độ cao và lớp làm mát (ONAN, ONAF, OFAF, v.v.). Tham khảo các đường cong của nhà sản xuất để biết mức giảm chính xác - những đường cong này dành riêng cho từng kiểu máy.

8. Xem lại trở kháng máy biến áp và phối hợp bảo vệ

Trở kháng phần trăm của máy biến áp ảnh hưởng đến mức độ sự cố và sụt áp. Đảm bảo các cài đặt bảo vệ, kích thước cầu chì và xếp hạng thiết bị ngược dòng được phối hợp.

9. Chọn định mức kVA tiêu chuẩn gần nhất

Chọn mức kVA tiêu chuẩn, có bán trên thị trường bằng hoặc lớn hơn kVA yêu cầu được tính toán của bạn.

Ví dụ hoạt động - số học thực tế

Dữ liệu trang web

• Hệ thống: ba pha, 400 V (đường dây)

• Tải:

• Ngân hàng động cơ - 80 kW, PF 0,85 (liên tục)

• Đèn chiếu sáng & ổ cắm — 20 kW, PF 1,00

• HVAC (máy nén + quạt) – 30 kW, PF 0,90

Bước A - Chuyển đổi từng thành kVA

• Ngân hàng động cơ: S1=80 0,85≈94,12 kVA

• Chiếu sáng: S2=20 1,00=20,00 kVA

• HVAC: S3=30 0,90≈33,33 kVA

Bước B - Tổng công suất biểu kiến
​​Tổng công suất biểu kiến ​​= 94,12 + 20,00 + 33,33 = 147,45 kVA

Bước C - Cho phép tăng trưởng trong tương lai (ví dụ +20%)
kVA bắt buộc = 147,45 × 1,20 = 176,94 kVA

Bước D - Chọn định mức máy biến áp tiêu chuẩn Kích
thước thương mại tiếp theo: 200 kVA (tiêu chuẩn chung; cung cấp biên độ vừa phải).

Bước E - Kiểm tra dòng điện ở 200 kVA trên 400 V (dòng điện hoạt động gần đúng ở kích thước đã chọn)

(Sử dụng kVA thực tế đã chọn với điện áp hệ thống chính xác để định cỡ dây dẫn và thiết bị bảo vệ.)

Lưu ý: Nếu bạn giữ nguyên yêu cầu tính toán (176,94 kVA) thay vì làm tròn 200 kVA thì dòng điện tương ứng sẽ vào khoảng 255 A; việc chọn 200 kVA sẽ tăng biên lợi nhuận khả dụng và thay đổi các cân nhắc phối hợp.

Những cân nhắc đặc biệt

Khởi động và khởi động động cơ

Động cơ lớn có thể tiêu thụ dòng điện đầy tải gấp nhiều lần khi khởi động. Nếu nhiều động cơ lớn khởi động cùng nhau, máy biến áp có thể bị quá tải tạm thời nghiêm trọng. Giảm nhẹ:

• Bộ khởi động mềm hoặc VFD

• Trình tự bắt đầu so le

• Máy biến áp chuyên dụng cho cụm động cơ hạng nặng

Tải sóng hài và phi tuyến tính

Tải phi tuyến tính tạo ra dòng điện hài làm tăng nhiệt độ cuộn dây. Tùy chọn:

• Sử dụng máy biến áp định mức hệ số K

• Máy biến áp quá khổ

• Áp dụng bộ lọc hài hòa

Điều kiện môi trường xung quanh, độ cao và làm mát

Nhiệt độ môi trường xung quanh và độ cao cao làm giảm khả năng làm mát. Bảng giảm xếp hạng của nhà sản xuất là có căn cứ - luôn xác minh với nhà cung cấp.

Bảo vệ & trở kháng

Trở kháng của máy biến áp hạn chế dòng điện sự cố và tác động đến việc điều chỉnh điện áp. Đảm bảo thiết bị đóng cắt và thiết bị bảo vệ ngược dòng tương thích với đặc tính ngắn mạch của máy biến áp.

Danh sách kiểm tra thực tế trước khi bạn đặt hàng

• Danh sách tải đầy đủ với kW/kVA và PF cho từng thiết bị

• Nhận dạng động cơ và liệt kê dòng điện khởi động hoặc dòng điện rôto bị khóa

• Các giả định về sự đa dạng/trùng hợp được ghi lại

• Biên độ an toàn và tăng trưởng đã chọn (10–25%)

• Đánh giá hài hòa được thực hiện cho bộ chỉnh lưu/bộ sạc UPS/EV

• Suy giảm môi trường được xem xét (nhiệt độ, độ cao)

• Bảo vệ và phối hợp ngắn mạch được xem xét

• Đã kiểm tra các ràng buộc vật lý (trọng lượng, dấu chân, vận chuyển)

• Các tiêu chuẩn và tuân thủ mã địa phương đã được xác nhận (IEC, IEEE, NEC, v.v.)

• Nhà sản xuất đã tư vấn về trở kháng, cấp độ làm mát và cài đặt vòi

Câu hỏi thường gặp

Hỏi: Tôi nên chọn kích thước máy biến áp theo kW hay kVA?
A: Kích thước tính bằng kVA. Chuyển đổi kW sang kVA bằng hệ số công suất.

Hỏi: Tôi nên thêm bao nhiêu tiền ký quỹ để tăng trưởng trong tương lai?
Đáp: Thông thường là 10–25% tùy thuộc vào kế hoạch kinh doanh và mức độ chấp nhận rủi ro. Đối với tải liên tục/quá trình quan trọng, hãy cân nhắc mức bảo toàn cao hơn.

Hỏi: Sóng hài có phải là vấn đề lớn không?
Trả lời: Có - tải phi tuyến tính nặng có thể gây ra quá nhiệt ngay cả khi kVA rõ ràng có vẻ chấp nhận được. Sử dụng máy biến áp hệ số K hoặc giảm tốc độ.

Khuyến nghị cuối cùng

1. Bắt đầu với dữ liệu tải chính xác. Đầu vào tốt mang lại kết quả tốt.

2. Các giả định về tài liệu (đa dạng, tăng trưởng, khởi động động cơ). Điều này bảo vệ bạn sau này.

3. Tham khảo ý kiến nhà sản xuất máy biến áp đưa ra bảng giảm công suất, giá trị trở kháng và giới hạn nhiệt - dữ liệu của họ dành riêng cho từng kiểu máy.

4. Khi nghi ngờ, hãy hỏi một kỹ sư điện. Các địa điểm phức tạp (máy phát điện, máy biến áp song song, đội động cơ lớn hoặc nhiều tải phi tuyến tính) cần phân tích phối hợp.